000kV晋东南一南阳一荆门特高压交流试验示范工程和向家坝一上海±800kV特高压直流输电示范工程已经成功投入运行。特高压交直流工程的成功建设和运行为加快建设以特高压电网为骨干网架的智能电网打下了坚实基础。
000kV特高压交流工程中电力变压器的结构特点、绝缘水平及绝缘试验中的特殊问题，包括特高压变压器雷电冲击试验波前时间延长的问题。分析了不同波前时间对特高压变压器绝缘水平的影响，指出应在特高压变压器设计研制和试验中，考虑和重视雷电冲击试验波前时间延长所带来的影响。
缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙规定标准雷电全波冲击试验的波前时间为1.2（1±30°）叫。目前，500kV及以下电压等级变压器高压线端雷电全波冲击试验的波前时间一般能满足标准规定的要求；但是，在750和1000kV电压等级变压器上应用时发现，高压线端雷电全波冲击试验的波前时间通常较长，国内750kV变压器试验的波前时间有的甚至达4叫左右，某些国家特高压变压器的实际试验波前时间约为5，远远超过标准规定的要求。因此特高压变压器高压线端雷电全波冲击试验波前时间延长超限的问题受到广泛关注。
对于不同电压等级的输变电系统，标准中均明确规定了变压器的雷电冲击绝缘水平。雷电冲击试验是考核变压器绝缘强度的重要手段。变压器绕组雷电冲击特性设计以及波过程计算一般依据试验的耐受电压幅值及其标准波形。全波冲击电压波前时间越长，绕组各点对地大电位和大电位梯度也将有所降低，长波前时间雷电全波冲击试验不能严格考核验证按标准波前时间设计的雷电冲击特性。为解决这一特高压工程建设中面临的实际问题，在借鉴变压器绕组波过程理论分析及结论的基础上，结合双绕组模型的低电压冲击测量实例对截波冲击与全波冲击作用下绕组的电位及梯度分布进行了等价性分析和比较，得出截波冲击试验可以弥补长波前时间全波冲击试验的缺陷，并建议对于例行试验的变压器产品将截波冲击试验作为长波前时间全波冲击试验的补充试验项目，从而完善特高压变压器雷电冲击试验的顺序。
1雷电冲击试验顺序规定的分级绝缘（末端接地）绕组，线端雷电全波冲击试验是例行试验项目，截波冲击试验是型式试验项目。
对于型式试验的变压器产品，要求进行线端雷电全波冲击试验和截波冲击试验。截波冲击试验和全波冲击试验合并成一个单一的型式试验顺序：1次降低电压的全波冲击；1次全电压的全波冲击；1次或多次降低电压的截波冲击；2次全电压的截波冲击；2次全电压的全波冲击。
对于例行试验的变压器产品（该型产品已通过型式试验），线端只需进行雷电全波冲击试验。例行试验顺序包括电压为5075全试验电压的一次冲击及其后的三次全电压的冲击。
2波前时间及其影响因素分析变压器典型冲击试验回路如所示。中，g为放电球隙；成=成1+尺12，为波头电阻；沁为波尾电阻；Q为冲击发生器主电容；c2为试品等效电容（包括变压器绕组冲击入口电容、电容分压器电容、截断装置电容等的组合）。
变压器典型冲击试验回路一般地，波尾电阻R2远大于波前电阻Ri，此时，波前时间71可表示为考虑到冲击电压发生器的效率、试验能力和设备的经济性，通常应选择冲击电压发生器的主电容C1与试品等效电容C2满足5 和振荡是容许的，只要是其单个波峰的幅值不超过峰值的5.这样就使波头电阻的阻值不能太小，从而决定了波形的T1值。GB 1094.4?2005指出：如果为了得到更小的波前时间（好仍是在规定的范围内），可允许其振荡峰值和/或过冲值比GB/T16927.1规定的5的电压波形峰值大一些。此时，必须对振荡峰值和波前时间同时兼顾。通常，即使将波前时间延长到制造单位与用户协商的极限值，也应尽量使振荡峰值不大于10.在雷电冲击试验过程中，为了得到标准的试验波形，常采用多种调波手段。从式（1）可知：增加冲击电压发生器主电容Q可改善波前时间。将冲击电压发生器改变接法，分成几组并联以增加试验回路主电容，这种调波手段在低电压绕组试验时常常采用，但用于高电压绕组则将难以满足试验全电压的要求。此外，根据从式（1）到式（2）的推导过程可知：当G远大于C2时，增加冲击装置主电容G对波前时间71的改善效果并不大。还介绍了一种在试验回路中采用波前时间调整装置的试验调波手段，在波前电阻上并联电容，增加调波装置以改善波前时间。 3绕组波过程理论分析及结论3.1绕组波过程为了掌握绕组中波过程的基本规律，通常分析直流电压突然合闸于绕组简化等值电路的情况。变压器绕组简化等值电路如所示。其中：忍为单位长度的电感；Cs为单位长度的纵向电容；Ce为单位长度的对地电容。 变压器绕组简化等值电路合闸瞬间绕组相当于一电容链，等值为变压器入口电容。绕组中的起始电压分布是很不均匀的，大部分电压将降落在绕组首端附近。试验结果表明：当很陡的冲击波作用时，一般在10叫以内变压器绕组电感中电流很小，可以忽略。 对于均匀绕组，其稳态电压分布是均匀的。电压从起始分布到稳态分布的过渡过程具有振荡性质。理论定性分析表明：末端接地的绕组中，大电位出现在绕组首端附近；此外，绕组各点将在不同时刻出现大电位梯度，开始首端出现大值，在振荡过程中，靠近末端也出现很大的数值。3.2波前时间延长对波过程的影响绕组内的波振荡过程与作用在绕组上的冲击电压上升速度有关。冲击电压波前时间越长、上升速度越低，则起始电压分布受电感和电阻的影响，更接近于稳态分布，所以振荡发展较平缓，绕组各点对地大电位和大电位梯度也将有所降低；反之，当陡波头冲击电压作用时，绕组内的波振荡过程将很激烈。一般说来，波头越陡对变压器纵绝缘冲击梯度分布的要求越严格，对绕组匝间、段间绝缘的影响越严重，因此，波前时间延长可能会对某些纵绝缘的考核偏松。 3.3截波作用对波过程的影响截波在绕组中将产生很大的电位梯度而危及绕组纵绝缘。实测表明：截波作用下绕组内的大电位梯度将比全波作用时为大。因此，截波冲击试验对绕组纵绝缘的考核较全波冲击试验更为严格，而在振荡过程中绕组各点在不同时刻出现的大电位梯度（包括梯度峰值与持续时间）对绕组纵绝缘的保护和设计是很重要的参数。当全波波前时间延长，全波梯度分布不能得到严格考核时，可考虑补充截波冲击试验对截波梯度分布进行严格考核。 截波波形的特征参数主要包括截断特性、截波峰值和截断时间。波前时间不是截波波形的特征参数，波前时间延长对截波特性的影响不是主要的。 实质上，标准规定的截波冲击试验本身就是全波冲击试验的补充，只是这种补充是在2种不同类型的标准波形之间的补充，并局限于高电压等级变压器的型式试验。在例行试验中，当全波波前时间超限时，建议仍采用截波冲击试验作为全波冲击试验的补充。 综上所述，特高压变压器高压线端雷电冲击试验具有波前时间延长超限的特点。波前时间超限可能会对某些纵绝缘的考核偏松，而截波冲击试验对绕组纵绝缘冲击梯度的考核更加严格，因此，为了弥补波前时间超限，全波冲击试验不能严格考核变压器纵绝缘冲击梯度的缺陷，可以考虑用截波冲击试验作为全波冲击试验的补充。 4截波的截断特性与电压峰值4.1截波的截断特性构成应使记录的冲击截波的跌落时间尽量短。截波过零系数不大于0.3；截断跌落时间一般不大于截波跌落时间不大于0.7叫的等值频率一般不小于357kHz；与标准全波冲击波前时间相对应的等值频率为160298kHz.由于测量上的实际困难，截波电压跌落的持续时间并没有标准化。但与标准全波冲击的波前上升速度比较，截波冲击具有更陡的截断特性。 4.2截波冲击电压峰值不同电压等级变压器绕组截波冲击电压峰值见表1.表1截波冲击电压峰值与全波冲击电压峰值比较Tab.1Peakvoltagecomparisonofchopped系统标称设备高额定雷电冲击耐受电压电压/kV全波/kV 1.1倍全波/kV截波/kV截波/全波从表1可知：额定截波冲击耐受电压比额定全波冲击耐受电压高10左右，并按额定冲击耐受电压的标准值（峰值）选取。 5截波冲击与全波冲击作用下绕组电位及梯度分布的等价性分析实际上由于绕组结构的复杂性，为了求取不同波形的冲击电压作用下绕组各点对地电压及各点间电位差随时间的分布规律，完全依靠理论分析方法有时是不可能的，通常用瞬变分析仪在实体上进行的试验或模拟试验来解决。 000kVA、110kV双绕组变压器的高压绕组模型低电压冲击测量实例对截波冲击与全波冲击作用下绕组电位及梯度分布进行比较。 全波波形参数为：波前时间为1.35叫；半峰值时间为45叫。截波波形参数为：预放电时间为2.5呷；过零系数为24°/.是沿绕组各段的电位分布图；是沿绕组各油道的梯度分布图。 电位分布图Fig.梯度电压分布图从可知：截波电位分布远低于全波电位分布（首端电位相等、尾部低电位处有极个别特例除外）。即使考虑截波冲击电压峰值比全波高10，截波电位分布与全波电位分布也不具有可比性和等价性。实际上，波前时间的延长对全波电位分布的影响并不大，因此，并不需要截波电位分布与全波电位分布具有可比性和等价性。 从可知：在远离入波点处，截波梯度分布低于全波梯度分布（尾部有极个别特例除外）。即使考虑截波冲击电压峰值比全波高10，截波梯度分布也不能完全与全波梯度分布具有可比性和等价性。实际上，波前时间乃的延长对除首端附近的其他部位全波梯度分布的影响并不大，因此，并不需要截波梯度分布与全波梯度分布具有可比性和等价性。 在靠近入波点附近，截波梯度分布与全波梯度分布互有大小。绕组首端附近部位（本例为绕组全段的1/3）冲击梯度分布数据比较见表2.考虑截波冲击电压峰值比全波高10，截波梯度分布将高于或接近全波梯度分布，两者具有可比性和等价性。实际上，当波前时间乃延长超限，表2中第（3）列全波梯度分布受到影响而得不到严格考核时，可通过补充截波冲击试验由第（5）列截波梯度分布进行考核。 性，分析了不同波前时间对特高压变压器绝缘水平的影响，并指出波前时间实际上主要影响绕组的纵表2全波和截波电压作用下绕组首端附近部位电位和梯度测量结果线段电位梯度或油全波实测截波实测全波实测截波实测1.1倍截波折算道号百分数/绝缘，而半峰值时间主要影响绕组的主绝缘，半峰值时间越长对地绝缘承受的电压越高。由于绕组结构的复杂性，必要时，针对实体特高压变压器产品，其高压绕组雷电全波冲击试验波前时间延长对绝缘冲击特性的实际影响还有待于进行深入细致的实验研究。 6结论依据标准，雷电全波冲击试验的标准波前时间为1.2（1±30）叫。峰值附近的过冲和振荡是容许的，只要是其单个波峰的幅值不超过峰值的5.特殊情况下，必须对振荡峰值和波前时间同时兼顾，尽量使振荡峰值不大于10. 000kV变压器，在振荡（过冲）幅值不超过施加电压峰值10的前提下，如果波前时间71仍超限，则建议：对于型式试验的变压器产品，由于进行雷电全波冲击试验的同时要求进行截波冲击试验，全波冲击试验波前时间超限不能严格考核变压器纵绝缘冲击梯度的缺陷，可以通过截波冲击试验达到考核的目的。因此，雷电冲击试验仍按截波冲击试验和全波冲击试验合并成一个单一的型式试验顺序进行考核：1次降低电压的全波冲击；1次全电压的全波冲击；1次或多次降低电压的截波冲击；2次全电压的截波冲击；2次全电压的全波冲击。 对于例行试验的变压器产品（该型产品已通过型式试验），由于通常只要求进行雷电冲击全波电压试验，试验顺序包括电压为50~75全试验电压的1次冲击及其后的3次全电压的冲击。为了弥补波前时间超限，全波冲击试验不能严格考核变压器纵绝缘冲击梯度的缺陷，可考虑在例行试验中引入截波冲击试验作为补充例行试验项目对纵绝缘进行严格考核。 例如：将2次全电压的截波冲击作为例行试验项目取代两次全电压的全波冲击，此时，截波冲击试验和全波冲击试验合并成一个单一的例行试验顺序：1次降低电压的全波冲击；1次或多次降低电压的截波冲击；2次全电压的截波冲击；1次全电压的全波冲击。 这一试验顺序参照IEEEC57.12.90（2006）规定的截波和全波合并的试验顺序。 又如：为规范统一的截波冲击和全波冲击合并的试验顺序，当雷电全波冲击波前时间超限时，可考虑对于例行试验的变压器产品采用型式试验顺序进行雷电冲击试验考核。
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